时间:2023-08-12 09:15:44
序论:好文章的创作是一个不断探索和完善的过程,我们为您推荐十篇欧姆定律比例问题范例,希望它们能助您一臂之力,提升您的阅读品质,带来更深刻的阅读感受。
欧姆定律是初中物理电学部分的核心内容,也是中考中考点的重点内容、难点内容。欧姆定律掌握的好坏直接影响学生的考试成绩,要多用时间将这块知识夯实,才能取得高考的胜利。
一、明确欧姆定律的内容
1、实验思想和方法
欧姆定律在教材上是通过在“控制变量法”的实验思想基础上归纳总结出来的:即在控制电阻不变,得到通过导体的电流跟导体两端的电压成正比;控制导体两端的电压不变,得到通过导体的电流跟导体的电阻成反比。由此得到了电路中电流与电压、电阻之间的关系。
2、欧姆定律的表达式
由实验总结和归纳出欧姆定律:通过导体的电流跟导体两端的电压成正比,跟导体的电阻成反比。
表达式为:I=U/R;I的单位是安(A),U的单位是伏(V),R的单位是欧(Ω);导出式:U=IRR=U/I
注意表达式中的三个物理量之间的关系式是一一对应的关系,即具有同一时间,同一段导体的关系。
3、欧姆定律的应用条件
(1).欧姆定律只适用于纯电阻电路;
(2).欧姆定律只适用于金属导电和液体导电,而对于气体、半导体导电一般不适用;
(3).欧姆定律表达式I=U/R表示的是研究不包含电源在内的“部分电路”;
(4).欧姆电律中“通过”的电流I、“两端”的电压U及“导体”的电阻R都是同一个导体或同一段电路上对应的物理量,不同导体之间的电流、电压和电阻间不存在上述关系。
4.区别I=U/R和R=U/I的意义
欧姆定律中I=U/R表示导体中的电流的大小取决于这段导体两端的电压和这段导体的电阻。当导体中的U或R变化时,导体中的I将发生相应的变化。可见,I、U、R都是变量。另外,I=U/R还反映了导体两端保持一定的电压,是导体形成持续电流的条件。若R不为零,U为零,则I也为零;若导体是绝缘体R可为无穷大,即使它的两端有电压,I也为零。因此,在欧姆定律I=U/R中,当R一定时I与U成正比;当U一定时I与R成反比。
R=U/I是欧姆定律推导得出的,表示一段导体两端的电压跟这段导体中的电流之比等于这个导体的电阻。它是电阻的计算式,而不是它的决定式。导体的电阻反映了导体本身的一种性质,因此,在导出式R=U/I中R与I、U不成比例。
对于给定的一个导体,比值U/I是个定值;而对于不同的导体,这个比值是不同的。不能认为导体的电阻跟电压和电流有关。
二、欧姆定律的应用
在运用欧姆定律,分析、解决实际问题,进行有关计算时应注意以下几方面的问题:
1.要分析清楚电路图,搞清楚要研究的是哪一部分电路。这部分电路的连接方式是串联,还是并联,这是解题的关键。
2.利用欧姆定律解题时,不能把不同导体上的电流、电压和电阻代入表达式I=U/R及导出式U=IR和R=U/I进行计算,也不能把同一导体不同时刻、不同情况下的电流、电压和电阻代入欧姆定律的表达式及导出式进行计算。为了避免混淆,便于分析问题,最好在解题前先根据题意画出电路图,在图上标明已知量的符号、数值和未知量的符号。同时要给“同一段电路”同一时刻的I、U、R加上同一种脚标;不能乱套公式,并注意单位的统一。
3.要搞清楚改变和控制电路结构的两个基本因素:一是开关的通、断情况;二是滑动变阻器连入电路中的阻值发生变化时对电路的影响情况。因此,电路变化问题主要有两种类型:一类是由于变阻器滑片的移动,引起电路中各个物理量的变化;另一类是由于开关的断开或闭合,引起电路中各个物理量的变化。解答电路变化问题的思路为:先看电阻变化,再根据欧姆定律和串、并联电路的特点来分析电压和电流的变化。这是电路分析的基础。
三、典型例题剖析
例1 在如图所示的电路中,R=12Ω,Rt的最大阻值为18Ω,当开关闭合时,滑片P位于最左端时电压表的示数为16V,那么当滑片P位于最右端时电压表的示数是多少?
解析:分析本题的电路得知是定值电阻R和滑动变阻器Rt 串联的电路,电压表是测R两端电压的。当滑动变阻器的滑片P位于最左端时电压表的示数为6V,说明电路中的总电压(电源的电压)是6V,而当滑动变阻器的滑片P位于最右端时,电压表仅测R两端的电压,而此时电压表的示数小于6V。
滑片P位于变阻器的最右端时的电流为I=U1R+Rt=6V12Ω+18Ω=0.2A。此时电压表的示数为U2=IR=0.2A×12Ω=2.4V。
例2 如图所示,滑动变阻器的滑片P向B滑动时,电流表的示数将;电压表的示数将。(填“变大”、“变小”或“不变”)如此时电压表的示数为2.5V,要使电压表的示数变为3V,滑片P应向端滑动。
图1
分析:根据欧姆定律I=UR,电源电压不变时,电路中的电流跟电阻成反比。此电路中滑动变阻器接入电路的电阻是AP段,动滑片P向B滑动时,AP段变长,电阻变大,所以电流变小。电压表是测Rx两端的电压,根据Ux=IRx可知,Rx不变,I变小,电压表示数变小。反之,要使电压表示数变大,滑片P应向A端滑动。
答案:变小;变小;A。
二、牛顿第二定律。在第一定律的基础上,从物体在外力作用下,它的加速度跟外力与本身的质量存在什么关系引入课题。然后用控制变量的实验方法归纳出物体在单个力作用下的牛顿第二定律。再用推理分析法把结论推广为一般的表达:物体的加速度跟所受外力的合力成正比,跟物体的质量成反比,加速度的方向跟合外力的方向相同。教学时还应注意公式F=Kma中,比例系数K不是在任何情况下都等于1;a随F改变存在着瞬时关系;牛顿第二定律与第一定律、第三定律的关系,以及与运动学、动量、功和能等知识的联系。教师应明确牛顿定律的适用范围。
三、万有引力定律。教学时应注意:①要充分利用牛顿总结万有引力定律的过程,卡文迪许测定万有引力常量的实验,海王星、冥王星的发现等物理学史料,对学生进行科学方法的教育。②要强调万有引力跟质点间的距离的平方成反比(平方反比定律),减少学生在解题中漏平方的错误。③明确是万有引力基本的、简单的表式,只适用于计算质点的万有引力。万有引力定律是自然界最普遍的定律之一。但在天文研究上,也发现了它的局限性。
四、机械能守恒定律。这个定律一般不用实验总结出来,因为实验误差太大。实验可作为验证。一般是根据功能原理,在外力和非保守内力都不做功或所做的总功为零的条件下推导出来。高中教材是用实例总结出来再加以推广。若不同形式的机械能之间不发生相互转化,就没有守恒问题。机械能守恒定律表式中各项都是状态量,用它来解决问题时,就可以不涉及状态变化的复杂过程(过程量被消去),使问题大大地简化。要特别注意定律的适用条件(只有系统内部的重力和弹力做功)。这个定律不适用的问题,可以利用动能定理或功能原理解决。
五、动量守恒定律。历史上,牛顿第二定律是以F=dP/dt的形式提出来的。所以有人认为动量守恒定律不能从牛顿运动定律推导出来,主张从实验直接总结。但是实验要用到气垫导轨和闪光照相,就目前中学的实验条件来说,多数难以做到。即使做得到,要在课堂里准确完成实验并总结出规律也非易事。故一般教材还是从牛顿运动定律导出,再安排一节“动量和牛顿运动定律”。这样既符合教学规律,也不违反科学规律。中学阶段有关动量的问题,相互作用的物体的所有动量都在一条直线上,所以可以用代数式替代矢量式。学生在解题时最容易发生符号的错误,应该使他们明确,在同一个式子中必须规定统一的正方向。动量守恒定律反映的是物体相互作用过程的状态变化,表式中各项是过程始、末的动量。用它来解决问题可以使问题大大地简化。若物体不发生相互作用,就没有守恒问题。在解决实际问题时,如果质点系内部的相互作用力远比它们所受的外力大,就可略去外力的作用而用动量守恒定律来处理。动量守恒定律是自然界最重要、最普遍的规律之一。无论是宏观系统或微观粒子的相互作用,系统中有多少物体在相互作用,相互作用的形式如何,只要系统不受外力的作用(或某一方向上不受外力的作用),动量守恒定律都是适用的。
要做好两次演示实验,这为学生实验“伏安法测电阻”打下基础。并注意两次演示实验的异同,讲清实验过程中电流表、电压表及滑动变阻器的正确连法,以及滑动变阻器在两个实验中作用的异同,以及注意事项。
让学生感知实验探究电流跟电压、电阻的关系,经历科学探究的全过程,使学生感悟:“控制变量”来研究物理多因素问题,是一种有效的科学方法。
第二节“欧姆定律及其应用”继第一节后对数据的分析归纳,通过用列表法、观察法、数学比例法、图象法、类比法、分析、综合与归纳等方法来对实验数据进行研究的一些科学方法。从而分析电流、电压、电阻三者之间的定量关系——欧姆定律及其表达式。最终培养学生运用这些方法对实验数据进行研究、分析、归纳、概括物理规律的一些能力。
又通过实验探究“串联电路与并联电路中电阻的特点”。欧姆定律是电学中最基本的定律,是分析解决电路问题的关键。
在教学中这一节可分为四课时教学:
第一课时理解欧姆定律,进行简单计算(求电流、电压和电阻的三种书写格式),初步掌握运用欧姆定律解决实际电学问题的思路和方法;可补充:有两个用电器的简单计算(注意强调用不同角码区分不同用电器)。为下节课讲串并联电阻关系作铺垫。
第二课时通过欧姆定律的推导定量研究“串联电路与并联电路中电阻的特点”,得出:
串联电路:R=R1+R2
并联电路:1/R=1/R1+1/R2
第三课时运用欧姆定律及串并联电路的特点练习静态固定电路的相关计算;培养学生分析问题、解决问题的能力,注意教给学生解题思路、规范解题。
串联电路的特点:
①电流:I=I1=I2
②电压:U=U1+U2
③电阻:R=R1+R2
④串联分压成正比,即
U1:U2=R1:R2
电阻变大分得的电压变大,电阻变小分得的电压变小。
并联电路的特点:
①电流:I=I1+I2
②电压:U=U1=U2
③电阻:R=1/R1+1/R2
④并联分流成反比,即
I1:I2=R2:R1
电阻变大通过的电流变小,电阻变小通过的电压变大。
第四课时运用欧姆定律及串并联电路的特点,练习动态电路的相关计算。
动态电路------由于开关的通断、滑动变阻器滑片的移动导致电路中的物理量发生变化的电路。
简化电路的方法:
1、电流表看成导线,电压表看成断路。
2、短路和断路的电路可以去掉。
3、闭合的开关看成导线
解决变化电路问题的关键是把动态电路变成静态电路(电路的识别),可以把电流表简化成导线,将电压表简化成断开的或干脆拿掉。把闭合的开关看成导线,把被局部短路的用电器拿掉;把开关断开的支路去掉,来简化电路。画出每次变化后的等效电路图,标明已知量和未知量,再根据有关的公式和规律去解题。
第三节“测量小灯泡的电阻”是欧姆定律内容的延续,教学过程中以学生为主,本节主体内容是利用电压表、电流表测算出小灯泡的电阻,通过实验探究去发现灯丝电阻变化的规律,并最终找到影响灯丝变化的因素及它们之间的相互关系。注意多测几组数据,指明不能用平均法求电阻值(测量定值电阻的阻值用平均法求电阻值)。
通过本实验,进一步让学生认识到导体的电阻大小是导体本身的一种性质,与导体两端的电压和导体中的电流无关,只与导体的材料、长度、横截面积有关,此外跟温度有关。这也为电功率中“测量小灯泡的电功率”作了铺垫。
第四节“欧姆定律及其安全用电”:课前安排学生收集安全用电的常识,课堂上进行交流,教师进行补充。再播放《安全用电》视频。
节课从电压的高低、电阻的大小对用电安全的影响入手,让学生学会运用已学的电学知识,解决有关生活中的实际的问题,既增强自我保护意识,又提高在帮助他人时讲安全、讲规则、讲科学的意识。
另外本节涉及电路故障(断路或短路),在教学中应加强练习,注意区分两者对电路造成的影响,以及电路中电流表、电压表的变化。要求学生懂得一些简单的电路故障的问题,学会简单的故障排除方法,目的是为了培养学生基本的生活技能。了解短路的知识,使学生懂得安全用电的基本常识,提高安全用电的意识。
教材中介绍了避雷针,使学生注意防雷的重要性,提高自我保护的意识。
【课前预习】
此部分由两个环节组成。
第一个环节:预设让学生在课前完成,即学生在不需教师指导和同学互助的前提下借助课本独立完成,以达到大体了解本节知识的目的。所以,设置的问题必须全部来自课本,但不是照抄照搬,而是对课本重点知识进行提炼,空格不宜过长,一般以填入2~4个关键字为主。问题设置不宜有难度,只要学生认真读完课本就可以知道答案,换言之,学生可以在课本上按照上下文的意思找到答案。如:“欧姆定律”可设计:欧姆定律内容是导体中的电流跟导体两端的电压U成____,跟导体的电阻成____;公式I=________。
第二个环节:需设置1~2个涉及关键性知识的思考题(可适当穿插在基础知识之间),思考题要具有普遍的代表性和趣味性,最好是与生活或社会热点有关联的问题。如:在“欧姆定律”一节设计:公式R=U/I与I=U/R的物理意义相同吗?
【分组讨论】
此即课堂学习的第二阶段。在第一阶段的基础上设置基础问题,目的是使学生在解决问题的过程中增长知识和技能。本部分内容学生独立完成有一定的难度,最好通过小组讨论的方式解决,所设置的问题应该有一定的难度和深度。紧扣本节的重点和难点,针对学生学习过程中可能产生的问题并作为下一阶段的知识储备而设问。如:“欧姆定律”的问题设计:在探究导体中的电流与导体两端的电压的关系时,若将导体换成晶体二极管,此时导体中的电流还与导体两端的电压成正比吗?
【课堂导学】
此即课堂学习的第三阶段。学生在前两个阶段的基础上,已经基本了解了本节内容,但还需要进一步巩固和提升。本阶段主要以例题讲解为主,所选例题要求具有代表性,一般以2~4道为宜,这些例题基本覆盖本节重、难点内容。如:“在“电势差”教学中设计3道题:①电势差的说法正误判断;②点电荷在电场中移动问题;③电势的高低判断。
解析侧重基本方法,不要求新奇的解法,以巩固本节知识为主要目的。通过对例题的学习,明确告诉学生的是什么,解题最重要的方法一定要详细总结出来。
【课堂展示】
紧跟每道重点探究例题后,根据本节重难点设置习题,要求学生在学会例题解法的基础上就能完成。难度保持和例题相当,与课堂导学内容相近。这里就不再举例说明了。
【课后拓展】
对于刚刚升入九年级的学生来说,九年级电学知识在近几年的中考中占有近40%的比例,只是2012年相应比例少点,八年级物理明显的不同点是:八年级物理各章相对独立些,特别是沪科版上册是声学、光学、物质的形态及其变化、物质的质量与密度,下册是力学知识:力与机械、运动与力、压强与浮力。所以某部分没学好,其他章节还能迎头赶上。我个人认为这是怕学生在学习的过程中枯燥乏味。而到九年级,开篇就是电学,大部分时间都在接触电学,电学的学习就像爬山一样,一开始如果就很累的话,那么越学到后面越吃力,到后来就根本爬不动,不可收拾,有的同学要补课还不知从何补起。所以,可以说,学好了电学就是学好了九年级物理。
一、注重学习效率,上课时专心听讲,是学好电学的主要途径。
课堂中的例题分析,考后试卷错题的讲解,只有真正听懂、理解了、消化了,课后是不需要死记硬背的。对于教师而言,学生实验自己做了,结论自己得出了,规律也会找了,但后面紧跟着的是大量的练习,来巩固对理论的理解。所以必须要有多种形式的教学手段来吸引学生上课认真听讲。有时连续几节课都是讲、练习题,必然会有些枯燥,这时教师除了运用多媒体手段教学,还可以进行学生编题比赛、学生纠错等多种教学手段,有时教师还可以故意设下陷进,让学生去犯错,然后让他们自己去“钻”出来,学生必定有一种释然的感觉。种种方式或手段目的都是为了调动同学们的积极性,让枯燥的习题课上得生动有趣。
另一方面,由于学生学得好坏有差异,学生的成绩也就有差别,所以整堂课的例题选择要顾及到绝大多数学生。
二、电学的学习,要注重学习方法的转变。
第一,重视电学实验的探究,不再是依赖老师的演示实验,而是同学们依靠自己与同伴的协作,连接电路图、测出实验数据、发现实验规律、得出实验结论。实验探究的学习方法,电学中有几个重要的定律,贯穿在整个电学中。同学们在认真完成课内规定实验的基础上,还可以自己设计实验,来判断自己设计的实验方案在实践中是否可行,因为大量的物理规律是在实验的基础上总结出来的。例如,设计楼道口开关电路、医院为病号设计电路,或设计在缺少电流表或缺少电压表的条件下测量未知电阻的实验。这些都需要学生自己独立思考、探索,不断提高自己的观察、判断、发散思维等能力,使自己对电学知识的理解更深刻,分析、解决问题更全面。
第二,电学要重视画图和识图的思维方法,刚学电学探究电路和探究欧姆定律离不开图形,复杂电路设计,都是主要依靠“图形语言”来表述的。画图能够变抽象思维为形象思维,更精确地掌握物理过程。有了图就能作状态分析和动态分析,明确欧姆定律应用于某一电阻还是整个电路;特别是班班通电子白板的应用,另外还必须根据现成的图形学会识图,要学会在复杂的图形中看出基本图形。例如,在计算有关电路的习题时,已给出的电路图往往很难分析出来是串联或是并联,如果能熟练地将所给出的电路图画成等效电路图,就会很容易地看出电路的连接特点,使有关问题迎刃而解。
三、学习电学要善于总结与归类。
在学习完欧姆定律后,有大量的习题,很多题目都有重复性,但很多同学就是不停地犯错。因为不善于总结、思考,所以成绩一直不理想。总结中不难发现,在整个电学知识体系中,欧姆定律是精髓,电流、电压、电阻、电功、电热以及电功率的计算,都要在对欧姆定律深刻的理解基础上才能解答得熟练而准确。所以,对一阶段的学习及时做一下总结,既是承上做一个复习又是启下的一个预习。
例1 在研究“电流跟电压、电阻的关系”时,学生设计如图1电路图,其中R为定值电阻,R′为滑动变阻器,实验后,数据记录在表1和表2中.(1)根据表中实验数据,可得出如下结论:由表1可得:.由表2可得:.(2)在研究“电流与电阻关系”时,先用5Ω的定值电阻进行实验,使电压表的示数为3V,再换用10Ω的定值电阻时,某同学没有改变滑动变阻器滑片的位置,合上开关后,电压表的示数将3V(选填“大于”、“小于”或“等于”).此时应向(选填“右”或“左”)调节滑片,使电压表的示数仍为3V.
解析:在研究欧姆定律之前, 学生已经了解了电流、电压、电阻这些基本概念,根据实验电路图,表1中的电阻是定值,通过改变电压值,可以得出电流随着电压的增大而增大,而且满足一定的正比例关系;表2中的电压是个定值,通过改变电阻器电阻,可以看出通过导体的电流随着电阻值的增大而减小,且满足一定的反比例关系.因此,可以得出欧姆定律:U=IR.当电流值不变,电阻变大时,电压值也会变大,电压表示数将大于3V.为了减小电压值,不许降低电阻,所以向右侧移动滑片.
二、控制变量法在研究电功过程中的应用
例2 在研究“电流做功快慢与哪些因素有关”时,电流做功的过程就是将电能转化成其他形式能量的过程.研究电功时,可以将电功转化成的热能进行分析,通过温度计测量温度的变化情况得出做功大小,进而分析出电功与电流、电压之间的联系.通常情况下,采用以下实验装置和实验过程.
测定电源的电动势和内电阻是中学物理中的一个非常重要的电学实验,也是近几年的高考热点。该实验对不同阶段的学生有着不同的要求。对中学生来说,其要达到的教学目标是:(1)加深对闭合电路欧姆定律的理解;(2)掌握测定电池的电动势和内阻的实验方法;(3)学习用图像法处理数据,即主要是培养学生的操作技能、创新意识及创新能力;对高师学生来说,又应该达到怎样教学目标?是高中物理实验的简单重复吗?不。高师学生应达到的教学目标应是通过该实验的教学获得如何使中学生达到上述目标的能力,也就是说,对高师学生来说,不仅培养他们的操作技能、创新意识及创新能力,更重要的是培养他们的思维能力,分析问题和解决问题的能力,设计实验的能力。本文就此问题对该实验进行实验方法和实验研究方面的教学探讨。
一、实验方法探讨
测定电源的电动势和内电阻有四种实验方案,无论是哪一种,其实验原理都是对闭合电路欧姆定律的具体应用,对高师学生来说,掌握多种实验方法并对其进行相应实验研究有助于拓宽学生今后的教学视野,提高学生将来的教学水平。
1.伏安法
器材:电流表、电压表、滑动变阻器、电池、电键。
如下图所示,当滑动变阻器的阻值改变时,电路中的路端电压和电流也随之改变。
根据闭合电路欧姆定律可得方程:
E=U+Ir
E=U+Ir
于是求得:r=
为提高精确度,可多测几组U、I值,求出E、r后再求其平均值。
此外,还可以用作图法来处理数据。以I为横坐标,U为纵坐标,用测出的几组U、I值画出U-I图像(如上图),所得直线与纵坐标的交点,即为电动势值,图线斜率的绝对值,即为内阻r的值,也可用直线与纵轴的截距E、与横轴的截距I求r,即r=。
2.安阻法
器材:电阻箱、电流表、电源、开关。
电路如图三所示,改变电祖箱的阻值并测出其对应的电流,得方程:
E=I(R+r)
E=I(R+r)
于是有:E=II
r=
3.伏阻法
器材:电压表、变阻箱、电源、开关。
测量电路如图四所示,改变电阻箱的阻值并测出其对应的电压,得方程:
E=U+Ir=U+
E=U+Ir=U+
于是有:E=UU
4.用两只电压表测量电源的电动势和内电阻
器材:电压表2只(其中一只内阻已知)、电池、电键。
测量电路如图五所示,断开S,测得两电表的示数分别是U、U,再闭合S,此时电压表V的示数为U,设电压表V的内阻为R,则由闭合电路欧姆定律可得。
E=U+U+r
E=U′+r
于是有:E=
二、实验研究
1.保证实验的关键
(1)测量时的通电电流与时间
电池在大电流放电时极化现象较严重,电动势E会明显下降,内阻r会明显增大,也就是说,电池的放电时间过长,电流过大时容易导致电池发热,致使电池性能发生变化,特别是内阻增大。因此,实验中电流不宜过大,通电时间不宜过长。通常长时间放电电流不宜超过0.3A,短时间放电电流不宜超过0.5A,并且读数要快,每次读完数据要立即断电,使电池的电动势和内电阻尽量保持固定值。
(2)电阻R的选取
R值选取不当,会造成E、r产生较大误差。对伏安法、安阻法和伏阻法来说,当R过小时,电流过大,会使电池的电动势和内阻发生变化;对伏安法、安阻法来说,当R过小且与电流表内阻的差别不太大时,一方面会导致电池性能发生变化,另一方面,电流表内阻r的分压不可忽略,且根据全电路欧姆定律,其表达式应作相应的修正:
伏安法:测量电路必须采用电流表外接法(如图六),测量方程应由E=U+Ir修正为E=U+Ir+Ir
安阻法:测量方程应由E=I(R+r)修正为E=I(R+r+r)
当R过大时,电池内阻一般在1.0Ω左右,虽说R对电路的影响可忽略,但这时需要选择较小量程的电流表,以致电流表的内阻与电池内阻相差不大,也会给实验带来较大的误差。根据电流应小于0.3A、大于0.03A及电表指针应在满偏的2/3处左右等因素,通常R取10.0~25.0Ω之间的阻值比较合适。
2.数据处理的实验探讨
为提高精确度,测量时均要求测量数据不得少于6组(方法四除外),且要求测量数据的变化范围尽可能大些,以达到尽可能减小误差的目的。
(1)公式法处理数据
该实验的四种方法均是利用全电路欧姆定律原理进行数据处理,即根据测量数据列出相应的方程,并联立成方程组,求解出E、r值,并分别求出E、r平均值的办法来进行数据处理。为了减小因计算带来的误差,联立方程组时需对测出的6组数据进行合理的组合,分别将第一和第四、第二和第五、第三和第六组成三个方程组,解出三组E、r值,再求其平均值。
(2)作图法处理数据
通常情况下,当测量量与待测量能够通过图形直观地反映出来时,在进行数据处理时可考虑用作图法
处理数据。就该实验的四种测量方法来说,伏安法比较适合采用作图法处理数据,现就此进行相应分析。根据实验原理,以I为横轴,U为纵轴,用测出的几组U、I值画出U-I图(如图六),将直线延长,则直线与U轴交点即为电源电动势E,直线斜率的绝对值,即为电源内阻I。电源内阻也可由直线与横轴的交点I和E求得,即r=。
通常情况下干电池内阻较小,于是外电路电压U的变化较小,坐标图中数据点将呈现如图六所示状况,下部大面积空间得不到利用,且读数很不方便。为此要恰当地选取标尺比例和坐标原点,使得实验数据大致布满整个坐标系。
由于实验测得的U值不宜过小,因此纵坐标U的起点可根据实测数据从不为零的某一数值开始,如图七所示,把纵坐标的比例尺放大,这样可使误差减小些。此时图线与横轴交点不再表示短路电流,不过直线斜率的绝对值照样还是电源内阻。但由于要用I=0时U-I图线在纵轴上的截距来求电源电动势E,所以横坐标仍必须以零为起点。此时,由E=U+Ir在图线上任取一点便可求内阻r。
总之,为了培养高师学生在今后教学中的实践能力,在教学法中应不断引导学生对相关知识进行挖掘,让学生养成认真思考和不断探索的习惯,以达到培养学生思维能力、分析问题和解决问题的能力的目的。
参考文献:
[1]张德启,等.物理实验教学研究[M].北京:科学出版社,2005.
[2]刘炳升,等.中学物理教师专业技能训练[M].北京:高等教育出版社,2004.7(2008重印).
中图分类号:G633.7 文献标识码:B 文章编号:1674-9324(2012)06-0253-02
在电学实验中,测定电阻的实验占很大比例,掌握其基本方法有助于电学实验的突破。其实,电阻的测量方法大致可分为三类:伏安法、比较法、其他方法。设计电路时,首先要根据给定的器材,正确判定测量方法是三种中的哪一种。其次,对给出的多个同类器材,能够正确选用。再次,依据不同的方法和电路连接的实质,运用欧姆定律,正确得出测量结果或者结果的表达式。
一、伏安法测电阻
测量原理:测出被测电阻的电压、电流,计算求得RX。实验线路:分为供电线路和测量线路两部分;供电线路分为限流方式和分压方式;测量线路分为内接法和外接法。技巧1:给定多只表时,要根据电源、RX、量程、表内阻、定值电阻综合考虑,选择用哪些表合适,何种电路合适。技巧2:若只给出表的阻值“约值”,考查点为区分内外接法以减小误差。测量结果有误差,结果表达式中不含“表内阻”;若给出表的阻值“准确值”,考查点为改表(此时必定还有定值电阻)。测量结果无误差,结果表达式中一定含“表内阻”;
1.供电线路。技巧3:大多数情况用分压方式。限流、分压的选择依据:零起必分压(要求电压电流从0测起,如测小灯泡的伏安特性);滑小必分压(滑动变阻器的全阻值比RX小时用分压);烧表必分压(表接在干路中会超过量程,此时采用分压线路,用部分电压供电。干路电流大但无表,表接入分支时不会超过量程,不会出现烧表现象。切忌估算时一看到超过小表量程就去掉小表而选大表,结果出现大表偏转太小的错误。原理图的画法。技巧4:注意变阻器是否用全电阻或者供电线路是否留缺口。分压式:闭合回路,无缺口,全电阻,先画电源闭合回路(将电源、开关、变阻器全电阻串成闭合回路);分出部分电压(将滑动头和变阻器的一端引出两个分支头)。限流式:非闭合回路,留有缺口,将电源、开关、变阻器部分电阻串成一串(非闭合回路,留有缺口以便串入测量线路)。
2.测量线路。①先将RX与安培表串联,再将伏特表左端与其并联,再考虑将内外接的问题(伏特表右端并在安培表左方还是右方,也就是是否把安培表包在内还是在其外)。②内外接的判定(如果知道各电表的准确阻值,则不受此限制,按全电路欧姆定律求解)。判定前提:知道RX、RA、RV的大约阻值,判定依据:比较RX2与RA、RV的大小。判定结论:内大外小(平方RX2大,内大)。技巧5:先画RX与安培表的串联,再画伏特表“一端”与RX的并联,最后确定伏特表“另一端”是否将安培表圈起来。
3.改表的思考技巧。技巧6:选用两个同类表时,哪个表的阻值为准确值,就改哪个表;选用两个同类表时,量程大的通常在外面;小电阻,是并联改安培表用的,大电阻,是串联改伏特表用的。
4.实物图的连接。同原理图的连接顺序一样,但要注意极性问题,导线不能出线交叉。技巧7:最后并伏特表,可避免导线交叉;实物连线时,若表的正极在右方,则右方连线接电源正极,这样可避免导线交叉或绕线杂乱。
二、比较法测表的内阻,有半偏法和替换法两种
测量原理:给RX并上或串上相同的电阻R0,流过的RX电流减半——半偏法;用与RX相等的电阻R0替换RX后,回路电流电压不变——替换法。应用条件:有单刀双掷开关时,为替换法(两条支路只能用一条,要么接RX,要么接R0)。有一个或两个单开关时,为半偏法(干路一个开关,并相同的R0时用一个开关)。技巧8:不是单开关,就不是伏安法。
1.替换法。①实质:用与被测量表相同的电阻替换掉被测量表,两次电路是相同的。②电路:先将RX与电源、开关、变阻器组成串联回路;再给并上一个电阻箱,最后将开关改为单刀双掷开关。根据指示表的种类,注意电路的画法。先未知后已知——先接未知支路,再接已知支路——两次指示表示数相同。③结论:RX=R0(两电阻阻值相同,完全替换)。④误差:完全相等,无系统误差(指示表的内阻与测量无关,仅表明两次电路相同)。
2.半偏法。①实质:给被测量表并(或串)一个相同的电阻,电路的电阻加倍(或减半),导致流过被测量表的电流减半。②电路:分两种电路。串联电路法:应用前提,电源没有内阻——恒压半偏法。并联支路法:应用前提,串大并小——恒流半偏法(串联的大变阻器约为100RX,并联的小电阻箱至少比Rg大)。测量方法:先满偏后半偏(同理,也可偏转1/3,1/4,结果式子根据电路求得)。③结论:看电路,由欧姆定律得到结论。④误差:必然有系统误差(记忆方法,看电路是串联还是并联,串联偏大,并联偏小)。
三、其他方法测电阻
1.应用前提:既不是伏安法(通常给定两个同类表),也不是比较法(没有单刀双掷开关或者两个单开关),则只好采用其他方法测电阻了。技巧9:通常2个安培表接为并联电路,2个伏特表接为串联电路。
2.结果推导:根据全电路的欧姆定律,写出两次包含RX和测量值(I1、I2或者U1、U2)以及电阻箱、定值电阻(R1、R2)的方程组,求解得出结果表达式。情形举例:题目给定的两只表并非 、 各一只,而是两只 或是两只 ,以及未知电阻和一个定值电阻。思考方法:当给定两只电流表时,将Rx与R0并联,量程大的一只表测总电流,量程小的一只表测分电流。至于小电流表到底该串联在Rx支路还是R0支路,取决于要使两支路流过最大电流时,电压相当,与供给电压匹配。当给定两只电压表时,将Rx与R0串联,量程大的一只表测总电压,量程小的一只表测部分电压。至于小电压表该测Rx的分电压(小电压表并联在Rx两端),还是该测R0的分电压(小电压表并联在R0两端),取决于流过相同的最大电流时,两电压表的读数均接近满偏。画好电路后,求结果时最好按电路连接方式,运用欧姆定律求解,易于写出对应的方程,得到需要的结果。技巧10:非伏安法求结果,要据电路求结果。
参考文献:
[1]李维坦.高中物理解题题典[M].长春:东北师范大学,2011.
G633.7
复习是教学中的一个重要环节,其主要任务是使学生巩固和加深理解所学基础知识、使其系统化。还包括对各种能力进行训练和再提高。巩固掌握的知识是继续学习和灵活运用知识的前提。要巩固掌握的知识,必须跟遗忘作斗争,教育心理学告诉我们,在认识新知识的时候,遗忘也就同进开始,而且在开始时,遗忘的分量多,速度快,以后则遗忘的分量少,速度变慢,所以学习不仅必须复习,而且还要及时复习。
复习课的困难在于教学内容基本上都是学生学过的,处理不好,就往往会乏味。如何复习,怎么有效地进行复习,才能使相关联的知识进行很好的串联与衔接,这直接关系到学生的中考成绩。因此上好一堂复习课,必须从以下几个方面入手:
一、认真钻研新课程标准,制定合理的复习目标
新课程标准给教师提供了教学参考,在进行复习的同时,一定要紧扣课本,真正做到有的放失。复习目标要针对所学内容和学情来制定,不能太高,如果太高不适合学生的发展与认知水平,也不能太低,如果太低,学生的能力得不到提高。
二、根据设定的目标,回顾所学知识。
基础知识是解决问题的基础,如果对基础知识不理解,或不了解,复习效果一定不理想,所以要想上好复习课,基础知识的复习是缺少不了的。应根据自己所设定的目标及目标中所达的程度,合理的安排好基本概念的复习,公式的理解,各个知识点之间的联系。例如,对欧姆定律复习时,需要让学生了解电流、电压和电阻的概念,以及三个物理量各自的符号、单位及单位的换算,包括这三个物理量在串、并联电路中的规律等等。若将相关联的知识串联起来,还需要画出与欧姆定律内容相关的思维导图,它能帮助学生去理解与巩固欧姆定律的知识。针对这一目标,学生所要掌握的内容比较多,例如,学生要会画探究电流与电阻、电压关系的电路图,会连接实物图,会选择合适的方法进行研究,会使用电流表、电压表和滑动变阻器,会用自己的语言描述所得出的结论,分清欧姆定律表达式及它的变形式,欧姆定律表达式中各个物理量的关系等。
三、注重知识的应用,注重解题方法的指导
物理解题是复习的有效手段之一,在这一过程中要让学生的能力达到一定的程度,教师必须做到以下几点:
1.精选练习
提高学生思维和解题能力是习题课的核心任务.要达到这个目的,习题的选择是关键。选题前要做到“三了解”――了解课程标准,了解教材内容,了解学生。教师要参照新课程标准,认真钻研教材,对课本或选出的题目进行分类,所选题目的形式要多样,份量要恰当,难易程度要适宜,所选的题目要注意联系实际,联系社会,还要注意习题的一题多解,习题的变式,注重对学生能力的培养。同时所选习题既要照顾各个知识点,又要有梯度有层次,这样才能调动各类学生的积极性。通过练习、讲评、概括、归纳和总结。找出解决问题的思路和技巧,将知识转化成能力,从而提高学生的综合素质和应试能力。否则练习过繁、过多,会使学生陷于题海,难于应付。
2.精讲练习
讲解习题是整个课堂的主要过程,怎么讲解习题,采用什么样的方式讲解,关系到课堂的效率,我觉得上好一节复习课必须要考虑以下几点
首先,养成学生审题的习惯。通过解题可以使学生进一步掌握物理概念、定律及公式的意义。学生解好题,必须审好题,审题主要是弄清题意,明确题中已知是什么,要求是什么,题目中涉及哪些概念和规律,以及解答本题的基本途径。通过审题学生可以从题目中找到一些有用的信息,特别是题目中存在的隐含条件,及找到解决问题的突破口。
其次,讲解习题时,要形式多样,方法多样。每种教学方法就其本质来说都是相对辨证的,它们都既有优点又有缺点。每种方法都可能有效地解决某些问题,而相对于解决别的问题则不一定有效,每种方法都可能会有助于达到某种目的,却妨碍达到别的目的。为适应不同学生的需要,教学方法应提倡多样性,应根据不同的教学目标,不同学生的心理特征和学生的知识基础,将题目分类,提高学生概括能力。v解题目时,重点要突出,难点要突破。只有精讲,学生才有时间练习,切不可一讲到底,导致学生的思维容易混乱,学生不容易概括出解某种题型所需的方法。讲解每一个类型题目时,教师可以边讲边练,讲练结合的方式,让学生熟悉一种解题方法,总结解决这类题目的方法,然后再利用自己总结的方法去解同样类型题,提高自己的解题能力。
最后,树立学生的自信心。初三学生面临着中考,普遍学生感到中考高深莫测,是因为他们对中考题目的难易程度不了解,如果教师选择与之相类似的中考题让学生练习,他们会发现中考题不是难的,凭自己的能力完全可以解决这些题目,无形之中增强了他们的自信心。
四、培优补差
课堂复习要立足中等生,提高优等生,扶持学困生。复习进度和教法以中等学生水平为基点。要求中等学生按教师的安排进行系统的复习,注意能力方面的培养和提高。对优等学生要发挥他们的学习优势;对差生发现闪光点,及时给予表扬和鼓励,使他们增强学习物理的信心,提高复习物理的积极性和主动性。
一、数学知识的应用能力在物理学习中占据着重要的地位
首先,数学是物理的语言,它以简洁精确的特点描述物理概念和规律。例如,物理量的定义,像加速度、电阻、电场强度、磁感应强度等物理量的定义均用了比值定义。在物理规律的表达如牛顿第二定律、欧姆定律等都体现了函数关系自变量与函数的关系。在运动学中如v-t图像更能形象地描述运动特点、运动过程。所以在物理概念规律时正是体现了数学的逻辑性。所以,对学生来说,需要有良好的数学基础,如公式变形、比例运算、三角函数、函数方程、图象、对数、数列……
其次,分析和解决物理问题的过程,就是应用所学物理知识和原理,将问题给出的物理情景,抽象或简化成各种概念模型和过程模型,用数学化的公式或方程表达出来,最后用数学知识解得结果。在高中物理学习中,除了要掌握概念、规律,更重要的是应用规律概念解决问题。在高中物理的学习中,解决力学、电磁学的三种途径;牛顿第二定律、能量、动量贯穿了整个高中物理的始终。从平衡等式到牛顿第二定律到动能定理机械能守恒定律,到动量定理,到动量守恒定律,无不是列方程去解决物理问题。
二、高中物理学习中数理结合的具体体现
高中物理“培养学生运用数学处理物理问题的能力”的要求是:学生能理解公式和图象的物理意义,能运用数学进行逻辑推理,得出物理结论,要学会用图象表达和处理问题;能进行定量计算,也能进行定性和半定量分析。要实现上述目标,必须在物理学习中注重数理结合。在中学阶段,运用数学工具解决物理问题的学习主要表现在以下两个方面:
1.运用数理结合进行物理概念和物理规律的学习
物理概念是对物理现象的概括,是从个别的物理现象、具体过程和状态中抽象出的具有相同本质的物理实体。它反映的是物理现象的本质属性,是构成物理知识的最基本的单位。如:加速度定义式、电场强度的定义式、磁感应强度定义式、欧姆定律,电容的定义式、决定式等,动能定理表达式、机械能守恒定律表达式、动量定理表达式、动量守恒表达式等,在抽象出一类物理现象和物理过程的共同特征和本质属性之后,用简洁的文字语言、数学式子或图表表达物理概念。
2.运用数理结合进行实验数据的处理
应用准确的实验方法得出实验数据后,从实验数据中分析、计算得出实验结论,是实验能力的主要方面。在实验数据的处理中,数学工具的应用使得处理过程显得特别简捷、直观。例如:验证匀变速实验中求解加速度我们可以用逐差法,还可用v-t图象斜率球加速度。再有在电学实验中描绘小灯泡的伏安特性曲线通过图线的变化趋势判断电阻的变化。在测电源电动势和内阻的实验中闭合电路的伏案特性曲线的截距、斜率的值各是我们沿得到的电动势和内阻值,这比列方程就解更准些。
三、物理解题中常用的数学知识
物理解题运用的数学方法通常包括方程(组)法、比例法等。
1.方程法
在物理计算题中是通过物理方程求解物理未知量的,方程组是由描述物理情景中的物理概念,物理基本规律,各种物理量间数值关系,时间关系,空间关系的各种数学关系方程组成的。
2.比例法
比例计算法可以避开与解题无关的量,直接列出已知和未知的比例式进行计算,使解题过程大为简化。应用比例法解物理题,要讨论物理公式中变量之间的比例关系,清楚公式的物理意义,